Undersøgelse af tørreprocessen for akrylfarve og gelmedie
Tørrehastigheder for akrylpolymerdispersioner
På de fleste beholdere med kommerciel maling, primere og overfladebehandlinger er det almindeligt, at etiketten angiver en bestemt tidsramme for, hvornår produktet skal være tørt. “Tørrer på 2-4 timer under ideelle forhold”. “Tørrer ved berøring på 30-60 minutter.” “Lad det tørre 4 timer, før der lakeres igen.” Hvorfor anfører Golden Artist Colors så ikke sådanne oplysninger på de fleste af sine produkter? Svaret er enkelt; vores produkter anvendes på mange forskellige måder, på mange forskellige overflader og i et utal af miljømæssige omgivelser. Derfor er det ekstremt vanskeligt at give et “gæt” uden at kende flere detaljer om anvendelsen og tage hensyn til de forskellige behov i hvert enkelt stadie af et kunstværk. Er dette grundingslaget, inden der arbejdes med oliefarver? Skal værket være på en leveringsbil om morgenen? Skal du mætte overfladen kraftigt med vaskeægte lag af akrylfarver? Er der tale om et udendørs vægmaleri i Louisiana? Denne kompleksitet får os til at standse op, når vi bliver stillet spørgsmålet: “Hvor lang tid vil det tage at tørre?”
Selv om det er umuligt at tage højde for alle aspekter og give absolutte tørretider, beskriver vi i denne artikel nogle af de faktorer, der omgiver tørreprocessen, afslører nylige testresultater og diskuterer, hvordan alt dette kan påvirke en situation i den virkelige verden.
Tørringsstadier for akrylpolymerdispersioner
På det enkleste og mest skematiske niveau tørrer akrylprodukter ved fordampning af vand og andre “flygtige stoffer” fra malingsfilmen. Når disse forlader den, bevæger de faste akrylstoffer sig tættere sammen, indtil de kommer i kontakt med hinanden og danner en film. Til sidst komprimerer de sig sammen med tilstrækkelig kraft til at presse vand og tilsætningsstoffer ud, indtil den når koalescens. Den hærdede film er nu ret stabil og reagerer ikke negativt på fugt eller efterfølgende malingslag.
I tyndere anvendelser og under ideelle tørringsforhold vil akrylmaling synes at være tør i løbet af få minutter eller timer. Omvendt er det ikke ualmindeligt, at det tager uger eller måneder for tykt påførte malingsfilm at nå samme tilstand. Selv om alle akrylmalingsfilm tørrer via de samme mekanismer – vand og medopløsningsmidler forlader dem – er der mange faktorer i spil under processen, som påvirker resultatet, især tørringshastigheden. Tykke malingsfilm kan faktisk have flere zoner på forskellige stadier af tørring, hver med en varierende grad af flygtigt indhold.
Mens denne proces i årenes løb er blevet defineret ret løst, og nogle udtryk vil betyde forskellige ting for forskellige personer, er det følgende et forsøg på at repræsentere de grundlæggende faser i processen (figur 2).
Våd maling – Produktet fra beholderen forbliver sådan, indtil det påføres paletten eller lærredet. Malingen har stadig sit startniveau af flygtige stoffer (vand og medopløsningsmidler), som begynder at udtømme filmen, når den påføres underlaget. Våd maling er stadig bevægelig og kan let manipuleres med pensel eller kniv, men den bliver mærkbart mere stiv. Polymerpartiklerne trækkes tættere sammen, og når malingen ikke længere er ensartet bearbejdelig, er vådmalingsfasen forbi.
Skinned Over – Efterhånden som de flygtige stoffer hurtigt begynder at forlade malingsfilmen, rykker de faste akrylsubstanser tættere sammen. Afhængigt af malingsfilmens tykkelse kan malingen gennemgå flere stadier i meget hurtig rækkefølge. Dette beskriver det øjeblik, hvor man let kan røre ved malingens overflade, og hvor der er udviklet en hud nok til, at produktet ikke løfter sig, når man rører ved det. Når en malingsfilm bliver flået, er den permanente filmstruktur begyndt.
Touch Dry – Touch dry-stadiet er meget nært beslægtet med skined over-stadiet. Et tyndt lag kan bevæge sig fra våd maling, til overfladet maling, til berøringstørre på få sekunder! I de tykkere film er der dog normalt en tilstrækkelig kraftig hud til at kunne tåle en vis berøring, uden at den rynker eller rives i stykker. Huden vokser løbende, efterhånden som de flygtige stoffer slipper ud, men der er stadig en betydelig mængde tilsætningsstoffer nedenunder, især på ikkeabsorberende substrater.
Dry to Handle/Solid State – På et tidspunkt ophører malingsfilmen med at have nogen overdrevent våde områder, og vægttabet aftager betydeligt. Selv om kunstnere måske tror, at dette er det tidspunkt, hvor deres malingsfilm er “tør”, er det ikke tilfældet. Der er stadig masser af tilsætningsstoffer, der skal ud. Dette ville være et dårligt tidspunkt at forsøge at pakke eller rulle maleriet sammen til transport, da akrylmalingen er meget skrøbelig på dette stadium. Da filmene kun er delvist hærdede, er vedhæftningen og filmens integritet endnu ikke fuldt udviklet.
Hærdet/udhærdet – Under tørringsprocessen har de faste akrylstoffer bevæget sig ind i et tætpakket arrangement (som et eller andet fritformet Tetris-spil), hvilket gør, at størstedelen af de flygtige stoffer skubbes ud i processen. Desuden har tilstedeværelsen af filmdannende tilsætningsstoffer blødgjort disse akrylfibre, så de kan deformere sig omkring hinanden og fjerne eventuelle lufthuller mellem partiklerne. De huller mellem de faste stoffer, der tidligere var optaget af vand og andre flygtige stoffer, er nu elimineret, hvilket gør det muligt at danne et sekskantet, honeycomb-lignende polymernetværk. Denne proces er kendt som koalescens. Det er først efter tilstrækkelig koalescens, at malingsfilmen er stabil, og at de endelige fysiske og kemiske egenskaber udvikles.
Man kunne antage, at koalescens er den sidste fase i en akrylmalingsproces. Selv om dette i vid udstrækning er sandt, skal akrylfilm indeholde en vis grad af hydrofile eller vandelskende tilsætningsstoffer for at være kompatible med vand. Det betyder, at de uundgåeligt vil holde på noget vand, selv efter at de tilsyneladende er tørre. Desuden medfører en ufuldstændig koalescens, at akrylfilm er noget porøse og efterlader kanaler, der løber langs væggene af de sekskantede deformerede partikler. Disse porer er så passager for vand, der kan bevæge sig ind og ud af filmen.
Et bevis på dette ses i grafen (figur 3), hvor det er tydeligt, at der stadig er en forholdsvis betydelig mængde flygtige stoffer i filmen, selv efter længere tids forløb. Det er overraskende, hvor meget filmens integritet er blevet opnået, når der faktisk stadig er 5-20 % af det oprindelige niveau af flygtige stoffer tilbage. Akrylfilm vil fortsætte med at tabe vægt såvel som at tage vægt på, afhængigt af den atmosfære, de befinder sig i. Højere temperaturer og øget luftstrøm har en tendens til at fordrive fugten, mens højere relativ luftfugtighed tilskynder filmen til at holde på fugten. Denne proces vil fortsætte, efterhånden som malingen reagerer med omgivelserne og igen tilpasser sig fugtighedsniveauet i atmosfæren. Processen er ret langsom at udvikle – især i et konstant skiftende klima som New York – og det tager mange flere måneder at nå frem til et punkt med stabil ligevægt. Som med ethvert porøst materiale vil der være et niveau af fugt, som måske aldrig forsvinder, medmindre fugtighedsniveauet sænkes længe nok til at trække fugten ud.
Sætningen af testen
For at lære mere om timingen af tørringsprocessen for akryl blev der defineret en række testparametre for at se på nogle håndterbare og indflydelsesrige tørringsfaktorer og identificere dem med vigtige faser af tørringen. Vi indså, at vi ikke kunne teste alle faktorer. Da alle testene blev udført på samme tid, kunne vi udelukke forskelle i temperatur og luftfugtighed. Miljøfaktorer er vigtige, men det ville være upraktisk at forsøge at kontrollere dem i denne testrunde. Uanset hvad de omgivende forhold var, blev de registreret. Luftstrømmen blev begrænset til normal rumtrafik.
Der blev altid oprettet mindst tre testprøver, og der blev valgt substrater, som var inaktive over for fugtophobning (aluminium, Lexan og polyesterdug). Et problem, der blev erkendt tidligt i afprøvningen, var, at de mest almindelige kunstnerunderlag selv er absorberende nok til, at fugt kan ændre underlagets vægt under afprøvningen. Bomuldslærred absorberer og tilbageholder vand. Det samme gør hårdpap og papir. Inden for de valgte substrater tilbød polyesterlærred en mere åndbar overflade, mens akrylplader og aluminiumspaneler tilbød mere forseglede overflader. Målet var at se, om forseglede kontra åndbare overflader ville ændre tørreprocessen.
De faktiske batchoplysninger for både Regular Gel (Gloss) og Heavy Body Titanium White, der blev udvalgt til denne test, blev registreret og brugt til at beregne de faktiske tørstofniveauer, som er afgørende for at sammenligne tabet af flygtige stoffer under tørring.
Der blev gennemført to testrunder. Den ene serie startede for over et år siden, og en anden serie blev observeret i en 60-dages cyklus.
Filmtykkelser
Vores test af tørretiden for akryl omfatter en række standardmalingsfilmtykkelser. Vi brugte værktøjerne til at bestemme tykkelsesområdet og give et realistisk sæt af ensartet støbte film. Vi valgte 10 mil (ca. tykkelsen af en generøst penslet påføring), 62,5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″) og 250 mil (1/”) til denne test.
Metoder til vurdering af tørrehastigheder
- Fysisk manipulere malingslaget under tørringen for at notere vigtige stadier. Dette er også den mest tilgængelige måde for kunstnere at måle tørringen på (figur 4). At røre ved en malingsfilm er den bedste måde at afgøre, hvor tørt det er.
- Visuelt inspicere laget for tegn på afskalning og opklaring. Overfladen krymper og ændrer sig, mens den tørrer. Geler starter mælkehvidt og bliver derefter gennemskinneligt og sløret på vej mod klarhed. Optiske ændringer indikerer afgørende punkter i tørrecyklussen.
- Vejning af testpanelet. De fleste kunstnere er ikke i stand til at veje deres kunstværk under maleprocessen. Selv hvis de kunne, betyder oplysningerne ikke ret meget, medmindre man også kender det faktiske tørstofindhold. Ved at sammenligne vægttabet med de fysiske og visuelle resultater får man et nøjagtigt billede af tørreprocessen.
Testresultater
Som man kan forestille sig, skaber denne form for testning massive regneark fulde af data. Hver test bliver kigget på hver for sig og derefter sammenlignet med de andre. En af de vigtigste dele af testen var at forsøge at definere niveauet af flygtige stoffer i forhold til tørhedsgraden af malingsfilmene ved hvert interval. Vi udarbejdede en graf for at hjælpe med at visualisere dette (figur 5). Dette interval er baseret på en sammenligning af prøvens vægttab med fysiske og visuelle ændringer, og i virkeligheden sker de fleste faser så hurtigt, at den ene fase går over i den næste. Tykkere film giver os en bedre forståelse af dette forhold, men disse nøglepunkter i tørrecyklussen er vigtige at fastslå for de resultater, der følger.
Hurtig tørring tidligt
Tover hele linjen, med hvert testpanel, sker det meste af det flygtige tab tidligt i tørrecyklussen. Tabet af vand og co-solventer lettes af, at der ikke er en malingshud, eller i det mindste ikke en særlig betydelig sådan. Man kan se dette hurtige tab ved at se på graferne i figur 5. Det var interessant at se, at hver film dannede den samme tørringskurvelinje, da vi plottede vægttabet. Vi bemærkede, at tynde malingsfilm tager ca. 3 dage om at nå en fast tilstand. Dette betyder ikke, at man ikke kan fortsætte med at påføre maling eller medium, men snarere en generel tidsramme til at vente, før man gør noget ekstremt, f.eks. strækker maleriet eller lakerer.
Substratet påvirker tørrehastigheden
Indflydelsen af substratet på tørretiden viste sig at være betydelig. Det samme produkt, der påføres i samme tykkelse, tørrer markant hurtigere på et åndbart underlag som lærred, der fremmer tovejstørring, sammenlignet med et ikke-absorberende panel. Tidligt var vægttabet ens, men efterhånden som malingsfilmene begyndte at udvikle en tykkere hud på overfladen, opstod der et mønster, der viste forskellen.
 |
 |
Testen viser, at et mere åndbart underlag giver mulighed for tovejstørring. De ikke-absorberende aluminiumskort viste i næsten alle tilfælde et betydeligt langsommere vægttab og en langsommere afklaring af gelerne (figur 6).
Filmtykkelse
Filmtykkelse har altid været anerkendt som en nøglefaktor for tørrehastigheden af akrylater. 10 mil film af geler og Heavy Body Acrylics bliver berøringstørre i løbet af få minutter. Malingsfilmen tørrer ensartet og følger den almindelige malingstørringsproces. Men når der påføres tykkere lag, er den afgørende forskel udviklingen af en malingshud, der bliver mere omfattende under tørringen, indtil hele malingsfilmen smelter sammen (figur 7). Denne malingshud hæmmer dramatisk bevægelsen af flygtige stoffer ud af filmen.
Vi verificerer dette ved at se, hvor hurtigt Regular Gel (Gloss) er i stand til at klare op, og der er direkte beviser for dette ved at sammenligne det med vægttabsraten. Vi var endvidere i stand til at bekræfte dette i forhold til de fysiske manipulationsdata. I alle tilfælde tørrer tyndere film hurtigere end en tykkere modpart uanset produkt eller substrat.
Produktforskelle
På grund af det store omfang af denne test var antallet af testede produkter begrænset. Heavy Body Titanium White og Regular Gel (Gloss) gav et rimeligt udvalg af produktforskelle. Vi erkender, at forskellige typer pigmenter, malingsformuleringer og andre produkter vil opføre sig anderledes end disse to produkter. Bortset fra de faste stoffer i akrylpolymeren kan produkterne indeholde en lang række yderligere faste stoffer, herunder mange slags pigmenter, fyldstoffer, gryn og matteringsmidler, mens geler har tendens til kun at have akrylbindemidlet som faste stoffer, medmindre det indeholder matterende faste stoffer.
Ved sammenligning af Titanium White med Regular Gel var der ikke mange forskelle mellem dem tidligt på tværs af de forskellige tykkelser og substrater. Titanium White synes at tage et tidligt forspring med hensyn til vægttab, og den beholdt dette forspring i 60 dages testcyklus. I flere testgrupper var det endelige niveau af flygtige stoffer, der var tilbage i filmen, mellem 7 og 15 % (figur 8).
Manipulationsresultater
Vi manipulerede (med tandstikker og senere blyanter) overfladen af både gel og hvid maling i flere dage, indtil der ikke var nogen mærkbar forskel på, hvordan akrylen reagerede på at blive prikket (figur 4). Vi fandt ud af, at tyndere film tørrede så hurtigt, at det var svært at måle de forskellige ændringer, der opstod, så de tykkere . påføringer gav de mest registrerbare data.
Produkterne blev mærkbart tykkere og begyndte at flå over i løbet af den første dag af testen. Generelt begynder akryllagene at ændre sig meget hurtigt i løbet af den første dag, hvor de tørrer. I løbet af flere timer udviklede der sig en “skorpe” på Titanium White, der ligner skorpen på Brie (blød, lagret ost), mens gelhuden var mere gummiagtig og trak og strækkede sig, når den blev undersøgt.
Af den anden dag var der et punkt, hvor det var svært at bruge tandstikkere længere. Skindene var tykke og uelastiske, hvilket gjorde det nødvendigt at gå over til at bruge blyanter til at kontrollere tørheden. Den forsigtige prikken gav snart plads til mere aggressiv prikken. Ved udgangen af den anden uge var filmene stærke nok til at knække blyantspidser.
Small Versus Large Area Size
Som så ofte, når man laver denne form for forskning, kaster testdataene en kurvebold. Standardantagelsen ville være, at en mindre akrylmalingsfilm vil tørre hurtigere end en større. Ikke sandt? Ikke så hurtigt. Vi sammenlignede en 2″ cirkel af produktet med en 12″ cirkel af produktet, begge på et panel. I både prøverne Regular Gel (Gloss) og Heavy Body Titanium White tabte den større cirkel hurtigere vægt end den mindre cirkel med mindre diameter. Forskellene er måske ikke væsentlige, men der var nok forskel til at få os til at undre os over, hvorfor dette skete.
Zonaltørring
Mens der skal udføres flere forsøg for yderligere at forstå disse resultater, er en teori, at på et stort, tykt lag maling eller gel, skinner det oprindelige produkt over ligesom den mindre 2. cirkel, men den samlede tykkelse af denne hud varierer fra centrum til kant (Figur 9). Det kan være, at det midterste område af malingens hud er tyndere på grund af den hast af flygtige stoffer til midten under tørringen, som skyldes, at kanterne tørrer. Den yderste kant skindes først og bliver hurtigt tættere, hvilket gør det vanskeligere for vandet at passere gennem filmen. Vand tager den letteste vej for at slippe ud af et materiale. I dette tilfælde strømmer vandet indad mod midten, og det resulterer i, at vandet kan forlade filmen lidt hurtigere, end et tyndere, mere ensartet flået malingslag vil tillade.
Summary
Mange kunstnere drager fordel af akrylmalingens hurtige tørring. Det er en af dets mest bemærkelsesværdige egenskaber, og selv om det kan bremses med brug af retardere, giver den hurtige tørring mulighed for en stor vifte af teknikker. Men når tiden er kritisk, vil mange kunstnere, der ikke har tænkt over alle faktorer tidligt, stå over for problemet med at skulle vente længere tid end ønsket, før de begynder den næste fase af deres maleproces. Hvis man maler tykt, må man forstå vigtigheden af at give det generøse lag tid til at tørre. Hvis det er vigtigt med hurtigere tørring, skal man se grundigt på, hvad der kan ændres for at forbedre tørretiden.
For at opsummere testresultaterne er her nogle centrale tanker:
-Tynde lag tørrer hurtigere end tykkere lag. Det betyder ikke, at du ikke kan ende med tykke lag, men se, om det er muligt at påføre flere tyndere lag i stedet for ét tungt lag.
-Atmende stoffer letter hurtigere tørring i to retninger. Paneler giver ganske vist stor stabilitet, men hvis man bruger dem, betyder det, at alle de flygtige stoffer kun kan forlade malingsfilmen den ene vej, for det meste gennem en fortykkende malingshud.
-Produktvalg kan påvirke tørringen, men ikke nok til at være overdrevent bekymret.
-Malingens størrelse er ikke en kritisk faktor.
-Miljøfaktorer har stor indflydelse på tørringen. Temperatur, luftfugtighed og luftstrøm kan justeres for at kontrollere tørretiden.
Endeligt er det vigtigt at bemærke, at selv om vi isolerede tørretidsvariablerne i denne test, bør kunstnerens evne til at kontrollere så mange som muligt i atelieret resultere i hurtigere samlede tørretider uden at forårsage potentielle problemer. Tyndt påførte malingsfilm på et opspændt lærred, der får lov til at tørre i et varmt, tørt rum med god luftgennemstrømning, vil tørre meget hurtigere end et impastomaleri på et panel i kælderen. Så selv når du har travlt, skal du tage dig tid til at indregne så mange variabler som muligt i ligningerne for tørretiden for at opfylde dine behov.